[发明专利]相干双色光源装置及相干双色光的生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及被动型相干布居囚禁原子钟领域，尤其涉及一种相干双色光源生成装置及相干双色光的生成方法。

背景技术

被动型CPT(Coherent Population Trapping，相干布居囚禁)原子钟是一种提供高稳定度、高准确度频率信号的设备，它可满足导航、精确定位、精密计时和精密测量等众多应用的要求。而且，被动型CPT原子钟具有体积小、功耗低、重量轻、启动快和可微型化等诸多特点，因而原子钟可应用于导航、通信、导弹制导、卫星控制、电网调节和电子学仪器设备等技术领域。

CPT原子钟的原理为：两种不同频率的激光场与三能级原子体系作用，如果这个两个激光的频率差等于原子两个基态超精细结构之间间隔，且满足双光子共振条件，则基态的两个子能级就被相干地耦合起来，子能级上的原子不再从两个激光场中吸收光子，不会被激发到激发态，即原子被囚禁在基态的两个子能级上。当其中一束光的频率在原子共振频率附近扫描时，光在原子介质中的透射强度呈现为电磁诱导透明信号，由于电磁诱导透明信号经过处理后可作为误差信号将晶体振荡器的输出频率锁定在原子基态超精细子能级间隔上。

CPT原子钟中重要的组成部分是物理单元，物理单元包括光源、原子气室和光电探测器。光源生成器产生的激光信号通过原子气室与内部的原子气体作用并通过光电探测器的探测获得相干布居囚禁信号。

现有的光源包括激光管和四分之一波片，激光管的输入端连接有电流驱动电路。工作时，电流驱动电路输出直流信号和微波信号耦合后驱动和调节激光管输出所需的激光信号，所述激光信号通过四分之一波片输出左旋或右旋圆偏振光与原子气室内部的原子气体作用并通过光电探测器的探测获得相干布居囚禁信号。

然而，现有光源输出的是左旋或右旋圆偏振光，当左旋或右旋圆偏振光作用于原子气室中的原子气体时，由于光抽运效应会使大量原子分布到磁量子数最小或最大的能级，而原子钟跃迁需要的两个磁量子数为零的能级上的布居数很少。此外，现有光源产生的调频多色激光束中主要是±1级频率边带参与CPT过程，其他无用的频率边带作为背景光造成获得的相干布居囚禁信号的对比度很低，从而影响了晶体振荡器输出频率的稳定度。

因此，有必要提供一种相干双色光源装置来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种相干双色光源生成装置及相干双色光的生成方法，不仅能生成线偏振方向相互垂直且纯度较高的相干双色光源，从而提高相干布居囚禁信号的质量，进而提高CPT原子钟输出频率的稳定度，而且结构简单、成本低、体积小。

为了实现上述目的，本发明提供了一种相干双色光源装置，包括阵列基底、由直流信号驱动的第一激光管以及由微波信号和直流信号耦合成的调制信号驱动的第二激光管，第一激光管和第二激光管固定在阵列基底上，沿第一激光管发射的激光束的出射方向依次设置有半波片、双折射晶体、第一四分之一波片、平面部分反射镜和第二四分之一波片，第二激光管与双折射晶体相对。

较佳地，半波片的光轴方向与第一激光管发出的激光束的偏振方向的夹角为45°。

较佳地，双折射晶体的光轴方向与双折射晶体的表面的夹角为45°。

较佳地，双折射晶体的厚度d满足公式：其中，L为第一激光管和第二激光管的光中心的距离，n_e和n_o分别为非寻常光和寻常光在双折射晶体中传播的折射率。

较佳地，双折射晶体为钕钒酸钇晶体，第一激光管和第二激光管为垂直腔面发射激光管。

较佳地，第一四分之一波片的光轴方向与第一激光管发出的激光束的偏振方向的夹角为45°，第二四分之一波片的光轴方向与第一激光管发出的激光束的偏振方向的夹角为45°。

较佳地，第一激光管发出的激光束垂直于平面部分反射镜的表面入射。

较佳地，平面部分反射镜的透射率与反射率的比值为(93±3)∶(7μ3)。需要说明的是，平面部分反射镜的透射率与反射率之和为100。